Колтюбинг. Бурение с использованием гибких труб на депрессии

 2010
27/03

Вы можете взять в аренду колтюбинговую установку на сайте Буровой Станок, прейдя по ссылке:

http://rigdrilling.org/arenda-koltjubingovoj-ustanovki-hydra-rig-ssha

А.Г. МОЛЧАНОВ, В РОССИИ ВРЕМЯ КОЛТЮБИНГА ЕЩЕ НЕ НАСТУПИЛО

 В РОССИИ ВРЕМЯ КОЛТЮБИНГА ЕЩЕ НЕ НАСТУПИЛО 

А.Г. МОЛЧАНОВ, д.т.н., профессор, зав. кафедрой, РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина   

 Колтюбинг, одно из самых динамич­но развивающихся в мире направлений газонефтепромыслового оборудования, включает в себя металлургическую составляющую — производство специаль­ных металлических колонн гибких труб, конструкторскую — проектирование на­земного и внутрискважинного оборудо­вания и, наконец, приборное обеспече­ние программы обработки информации. Совершенно очевидно, что его исполь­зование сегодня и дальнейшее развитие приведет к коренным изменениям в бу­рении и КРС, прежде всего, в отдален­ных районах с суровыми климатически­ми и сложными геологическими услови­ями. И только системный подход к со­вершенствованию этого разнородного комплекса оборудования может обеспе­чить достижение положительных ре­зультатов в полном объеме. 

Термин «колтюбинг» подразуме­вает совокупность долговечных колонн гибких труб (КГТ), комплекса наземного оборудования, состоящего собственно из колтюбингового агрегата (обеспечивающего спуско-подъем ко­лонны КГТ), и комплекс оборудования, включающий буровой насос, компрес­соры для нагнетания инертного газа или бустерную установку, генератор инертного газа, нагреватель технологи­ческой жидкости, устьевое дроссельное устройство и устьевое оборудование, содержащее,  в частности,  противовыбросовое оборудование, В состав внутрискважинного оборудования могут входить различные насадки, породо-разрушающий инструмент, пакеры, ре­жущий инструмент, отклонители и за­бойные двигатели. К приборному обеспечению относятся оборудование для каротажа, исследования скважины, инклинометрия.Роль колтюбинга как совокупности новой техники, реализующей новые технологии, трудно переоценить. Если при традиционных технологиях техни­ческие возможности машин, в основ­ном, определяли режимы работ, то колтюбинг позволяет обеспечить ус­ловия рациональной эксплуатации ме­сторождения, оптимальные режимы вскрытия, освоения, эксплуатации и капитального ремонта. Подобные задачи ставились и частично решались в буре­нии и КРС с использованием традици­онных конструкций колонн, но только в полном объеме они могут быть решены сейчас. Это относится и к бурению в режиме депрессии, и к выполнению КРС без глушения скважины,К  настоящему  времени  все  техни­ческие проблемы с наземным оборудованием решены и идет отработка и совершенствование конструкций с улуч­шенными параметрами. По-видимому, можно говорить о том, что классичес­кая схема реализации колтюбинга мо­жет быть использована на установках, работающих с трубами длиной 3000 м и диаметром до 89 мм (3 — 1/2), Эти параметры соответствуют нагрузке в точке подвеса штанг порядка 880 кН, Основным препятствием для увеличе­ния длины колонны гибких труб (при данном диаметре) являются габаритные размеры барабана для их наматывания. Естественно, что идет процесс поис­ка и иных конструктивных решений, от­личающихся от существующих и став­ших классическими, В частности, применяются инжектор с одной двухряд­ной  цепью  с  шарнирными  плашками, инжекторы, выполняемые в виде шки­ва, а также сдвоенные («двухэтажные»). Эти факты говорят только лишь о том, что на фоне все более расширяю­щихся объемов промышленного ис­пользования идет совершенствование отдельных элементов — процесс, ха­рактерный для любой развивающейся отрасли.На сегодняшний день монополия в области разработки и изготовления колтюбингового оборудования для КРС и бурения принадлежит в основном американским и канадским компаниям. Они могут быть распределены на четы­ре группы.

1.         Крупные многопрофильные корпо­рации и компании с разветвленной структурой и многолетним опытом се­рийного производства нефтегазового оборудования и колтюбинговых устано­вок. Они имеют полный цикл собствен­ного производства оборудования и за­нимают лидирующее место на международном рынке производителей и поставщиков. К ним относятся:Hydra Rig (в составе National Oilwell-Varco), США.Эта компания имеет «полное» соб­ственное производство и является ми­ровым лидером по объему производ­ства и продаж. В РФ агрегаты фирмы имеют большое распространение.Stewart & Stevenson, США.Фирма является экспортером агре­гатов среднего типа в РФ. Достаточно прочно удерживает свои позиции на рынке оборудования.Foremost Industries, Канада.Осуществляет поставки оборудова­ния, проведение скважинных работ собственными силами. Имеется тенден­ция к расширению производства буро­вых установок. В последнее время ком­пания увеличивает свое присутствие в СНГ и в РФ.

2.         Средние компании, имеющие ус­тойчивое положение и перспективу раз­вития, также имеющие «полное» соб­ственное производство и выступающие на региональных рынках поставок обо­рудования от своего имени. К ним мож­но отнести:Hydraco Industries, Канада, Hydraulic Power Technology Texas, США, Crown Energy Technologies, Канада.

3.         Средние компании, способные производить установки практически полностью на базе своего производ­ства, но производящие их основные подсистемы под своим фирменным зна­ком. Мощности этих компаний позволя­ют развернуть полный цикл изготовле­ния агрегатов.Pump And Coiled Tubing (в составе MXROS Inc.), США, Aggreko Special Equipment Productions, Нидерланды.

4.         Маленькие компании, производя­щие отдельные подсистемы и агрегаты для колтюбинговых установок и зачастую выступающие под именем фирмы-заказчика.Oilsystems Design Works LTD, Ка­нада. Представляет собой небольшие компании, производит инжекторы (не­большой объем) по заказам.Stelkraft Metal Works Private Limited, Сингапур. Относится к ма­леньким компаниям, производящим Колтюбинговые комплексы (за исклю­чением инжекторов и труб) для своего региона.На внутреннем рынке России актив­но действует совместное закрытое акционерное общество «ФИДМАШ» (Республика Беларусь), которое до не­давнего времени поставляло агрегаты легкого и среднего типоразмеров, яв­ляющиеся, по существу, «кальками» американских агрегатов. После его вхождения в состав National Oilwell-Varco (США) политика поведения на рынке оборудования и услуг и страте­гия разработки и изготовления обору­дования будут определяться уже не в Минске.Из отечественных производителей колтюбинговых установок к настояще­му времени функционирует ОАО «Пер-вомайскхиммаш», изготавливающее единичные образцы агрегатов легкого типа [1].

Оно, по существу, является преемником фирмы КБКМ (Конструк­торское бюро колтюбингового машино­строения, г. Воронеж), прекратившей свое   существование   из-за   отсутствия финансирования. В небольших объемах агрегаты легкого типа изготавливает АО «Металлист» (г. Москва). До недав­него времени работы по созданию агрегатов для ремонта скважин пред­принимались на ОАО специального ма­шиностроения и металлургии «Мотови-лихинские заводы» (г. Пермь).Особенностью колтюбинговых уста­новок, независимо от того, агрегат ли это для ремонта скважин или буровая установка,  является  единая  структура оборудования. Естественно, что по мере увеличения диаметров КГТ, при­меняемых не только для ремонта и бурения скважин, конструктивное ис­полнение отдельных блоков видоизме­няется, сохраняя одни и те же принци­пы действия.Как известно, основными и наиболее сложными узлами колтюбинговых агре­гатов, не имеющих аналогов в других отраслях техники, являются инжектор, барабан для колонны гибких труб, обо­рудование устья. Все остальные эле­менты — транспортная база, рама, мачта, силовая установка, система гидро- или электропривода, управление аг­регатами не представляют собой ниче­го принципиально нового и достаточно широко используются б оборудовании для бурения и капитального ремонта скважин. К настоящему времени создана гам­ма серийных инжекторов с тяговыми усилиями до 40 тс и скоростью перемещения труб до 1 м/с. Разработаны ба­рабаны для колонны гибких труб, вме­щающие до 5000 м труб. Широко ис­пользуются устройства для уплотнения колонны гибких труб и ПВО для выпол­нения работ по капитальному ремонту скважин.Кроме того, разработаны и апроби­рованы комплексы устьевого обору­дования для бурения скважин, обеспе­чивающие спуск в скважину под давлением многометровых забойных компоновок. Наконец, главнейший эле­мент — колонны гибких труб диамет­ром до 89 мм для бурения и КРС осво­ены производством.Основные направления, на которых в настоящее время сосредоточена энергия разработчиков, — создание элементов внутрискважииных компоно­вок и дальнейшее совершенствование буровых установок нового типа — гиб­ридных, основанных на применении со­вокупности традиционных и классичес­ких технологий бурения.Новое разрабатываемое оборудова­ние должно обеспечивать безопасный спуск и подъем КГТ через колонну лифтовых труб и эффективное функци­онирование при проведении внутрискважинных операций. Прежде всего, это пакеры для выполнения селективной обработки пласта, кислотной обработ­ки, ГРП. Специализированный породо-разрушающий инструмент — долота с выдвижными режущими элементами, расширители, труборезы и перфораторы.Все это оборудование объединяет одно общее требование к нему — оно должно транспортироваться в рабочую зону скважины по колонне лифтовых труб, имея минимальные диаметраль­ные транспортные габариты, после чего принимать рабочее положение в экс­плуатационной колонне, а после завер­шения работ складываться для извлече­ния из скважины.  Также имеются разработки ловильного инструмента, обеспечивающего извлечение из скважины фрагментов оборудования при небольших усилиях. К наиболее простым инструментам от­носятся насадки различного рода, ис­пользуемые при разрушении пробок, очистке забоя от песка, и т.п.К сожалению, технический уровень, качество изготовления оставляют же­лать лучшего и у белорусских, и у отечественных установок. Однако ос­новным недостатком при их разработке является отсутствие системного подхо­да, а именно создание только лишь колтюбингового агрегата для спуско-подъема колонны гибких труб без все­го остального оборудования, которое должно входить в этот комплекс. Отсутствие такого производства не по­зволяет получать должный эффект и вызывает у потребителей реакцию от­торжения.Обеспечение присутствия на рынке опирается, прежде всего, на интеллек­туальную собственность, на основные технические решения, обеспечивающие создание нового оборудования. Единственной формой защиты применитель­но к данному виду оборудования явля­ется патентование. Они не представляют наших разработчиков в качестве серьезного конкурен­та, с другой стороны, оценивают уро­вень нашего машиностроения доста­точно низко, как не обеспечивающего возможности изготовления комплекса колтюбингового оборудования. Только этим можно объяснить тот факт, что они не патентуют в РФ основные ре­шения. В конечном счете подобная позиция работает на нас, поскольку позволяет беспрепятственно использовать извест­ные запатентованные за пределами РФ технические решения в отечественныхразработках (при условии использования их только на нашей территории), Кроме того, приход в Россию американского  и  канадского  оборудования.  В  этом  плане  непонятна  политикаамериканских фирм на российском рынке. С одной стороны, по-видимому,    фазу задал высокую планку для уровня конструкторских разработок, ниже которой опускаться нельзя.Сложилась парадоксальная ситуация: в РФ нет отечественных организаций, способных создавать оригинальное колтюбинговое оборудование, соответствующее мировому уровню. Также нет реализованных технических решений, опережающих решения американских или канадских фирм, защищенных патентами, не реализованные вовремя, они устаревают.Польза от запатентованных изобретений (в том числе российских) имеет место только тогда, когда они обеспечивают защиту изготавливаемого и продаваемого оборудования. Патенты на изобретения, лежащие без движения, являются мертвым грузом, не окупают затрат на патентование, не говоря уже о том, что не приносят прибыли патентообладателю. Если изобретение не реализовано и представляет собой только бумагу, то ничего, кроме вреда, не приносит, создавая иллюзию нашего технического развития.Единственно для чего может служить такое «мертвое» запатентованное решение — это быть отправной базой и стимулом для дальнейшего развития на их основе идей наших более мобильных конкурентов, как правило зарубежных, для создания более прогрессивных технических решений и технологий. Подобная ситуация приводит к застою на отечественном нефтяном рынке, в результате чего вместо получения прибыли происходит отток финансов и снижается престиж нашей страны.К этому следует добавить, что хотя оценка уровня технических решений, защищенных патентами, трудна и субъективна,   но   большинство   отечественных изобретений не обеспечивают качественных изменений в конструкциях и технологиях колтюбингового оборудования. Выполненный ранее анализ процесса творчества, характеризуемый, в конечном счете, количеством полученных патентов, свидетельствует о том, что после 1990 — 1995 гг. наше лидерство по данной тематике прекратилось, и в настоящее время США и Канада превосходят нас в 2 — 3 раза. Высокую скорость проектирования, изготовления и внедрения американских и канадских фирм, помимо всего прочего, обеспечивает широкое использование комплектующих, которые достаточно разнообразны по своим параметрам и, самое главное, имеют высокую надежность. Это позволяет разработчикам, прежде всего, исключить дополнительные трудозатраты на их проектирование. Так, например, Foremost Industries в буровой установке CTR-100, по существу, самостоятельно изготавливает только металлоконструкцию, на которую монтируются блоки, поставляемые по кооперации. Блочность исполнения позволяет упростить процесс разработки, изготовления, эксплуатации, транспортирования. Достаточно малы сроки от начала разработки до изготовления головных образцов; так, например, последний вариант гибридной буровой установки CTR-300 был спроектирован и изготовлен за 2 года. При этом важно, что в основе таких конструкций лежит тщательно разработанная идеология создания новой техники, которая при реализации обеспечивает создание комплекса оборудования.Существенным фактором в процессе продвижения новой техники является финансовое обеспечение проектов. Иностранные фирмы первых двух групп, занимающиеся колтюбингом, являются общепризнанными лидерами в области техники и технологий в нефтегазодобыче. Они обладают достаточными финансовыми возможностями, дающими возможность проектирования и создания головных образцов за счет собственных ресурсов. Переход к серийному производству обеспечивается на базе рекламы успешно функционирующего головного образца.В нашем же случае зачастую достаточно перспективные проекты закрывались на завершающей стадии из-за сложностей получения кредитов и отсутствия оборотных средств.Стабильное положение ведущих фирм позволяет вести планомерные конструкторские и поисковые работы, несмотря на изменяющуюся конъюнктуру рынка и сиюминутные тенденции, возникающие у заказчиков. Это означает, что производитель на базе своих исследований формирует рынок оборудования и технологий и предлагает их заказчику. Прямым результатом стабильного финансирования работ является поддержание в работоспособном состоянии конструкторских коллективов, разрабатывающих новую технику.У нас наоборот — производитель в поисках финансирования должен принимать позу «чего изволите», идя навстречу не всегда грамотным и мало обоснованным требованиям конкретного заказчика. При этом интересы отрасли в целом могут игнорироваться.Нестабильное финансовое положение приводит к уходу наиболее квалифицированных сотрудников и распаду сформировавшихся коллективов. Зачастую в отрасль приходят случайные люди, из закрывающихся организаций, слабо знакомые со спецификой нефтегазодобывающей отрасли. Их переквалификация происходит в процессе разработки документации и доработки опытных образцов, что требует достаточно большого времени — грамотный конструктор получается через 3 — 4 года работы.Развитие оборудования идет параллельно с развитием и созданием новых технологий, которые хотя и имеют много общего с применявшимися до появления колтюбинга, но за счет модернизации позволяют существенно ускорить темп их выполнения, например, при проведении многоэтапного ГРП.Не повторяя достаточно подробных описаний гибридных установок, например [2],

 следует отметить, что они вобрали в себя все лучшее и от конструк­ций буровых с традиционной колонной бурильных труб, и от колтюбинговых. Установки подобного типа оснащаются верхним приводом, манипуляторами для подачи труб с мостков к устью скважины, механизированной подачей трубных ключей. В результате они мо­гут выполнять весь комплекс работ, необходимых для бурения скважин лю­бого профиля, реализуя при этом на­иболее оптимальную технологию веде­ния работ. Это стало возможным в результате разработки технологии бу­рения с применением колонн гибких труб в сочетании с использованием утя­желенных бурильных труб. Такое, не применявшееся ранее, техническое ре­шение позволило существенным обра­зом повлиять на показатели бурения вертикального участка скважины, по­скольку обеспечило возможность со­здания осевой нагрузки на долото без использования инжектора. При этом сохранились все преимущества колтюбинговой технологии.К настоящему времени серийно выпускаются гибридные установки, на­пример, STR 100, со следующими пара­метрами:  

Кроме того, был разработан обра­зец следующего класса гибридных ус­тановок STR 300, предназначенный для работы с КГТ максимального диаметра 88,9 мм, длиной колонны  гибких труб 3000 м. Максимальное усилие, развива­емое инжектором — 880 кН, грузо­подъемность талевой системы — 1320 кН. Подобные параметры обеспе­чивают широкие возможности выполне­ния буровых работ.Установка STR 300, как и остальные установки данного типа, является мо­дульной конструкцией, включающей в себя подвышечное основание, телескопическую мачту, барабан для хранения КГТ, гидравлический привод установки, силовые агрегаты. Установка обеспечи­вает выполнение буровых работ стан­дартной бурильной колонной, колон­ной гибких труб, а также обеспечивает спуск колонны обсадных труб. Все бло­ки перевозятся на трейлерах и имеют стандартны е транспортные габариты, за исключением барабана для колонны гибких труб, вертикальный габарит ко­торого составляет 5 м.Создание подобных установок вно­сит коренные изменения в технологию ведения работ, существенно улучшает условия труда и повышает экологичес­кий уровень оборудования.В целом ситуация может быть охарак­теризована следующим образом. Эффективность колтюбинговых тех­нологий при использовании их на на­ших промыслах не вызывает сомнений. И мы медленно идем по пути освоения все более сложных операций, выполня­емых с помощью колтюбинга. В плане выполнения КРС колтюбинг уже занял свое место, но объем выполняемых ра­бот чрезвычайно мал по сравнению с существующей потребностью. Что каса­ется бурения горизонтальных отводов, скважин с большой кривизной, то до настоящего времени не определены границы, разделяющие область приме­нения традиционных технологий и обо­рудования и область применения гиб­ридных установок. Причем для ответа на последний вопрос необходимо про­водить экономические исследования, поскольку все технические аспекты практически решены.В заключение можно сказать, что в нашей стране время колтюбинга, безус­ловно, наступит, потому что альтерна­тивы данной технологии ремонта сква­жин в нефтяной, а особенно в газовой промышленности, нет. Происходящее в настоящее время освоение технологий на базе импортной техники позволит, в конечном счете, выработать требования к оборудованию, учитывающие специ­фические особенности ее работы на наших промыслах, а изготовление это­го оборудования на имеющихся произ­водственных мощностях не представ­ляет труда. 

 Литература 

1.         Нефтегазовое оборудование. — Ежемесячный бюллетень цен // 2007.

2.         Буровые мобильные установки «Формост*   //   Современное   машино­строение. ЫаЗ. 2006. С 32 — 38 

Бурение с использованием гибких труб на депрессии

   Мировая тенденция истощения природных запасов углеводородов требует применения более совершенной техники и технологии бурения скважин, так как "классическое" бурение уже не позволяет, в достаточной мере, удовлетворить потребности в качестве вскрытия продуктивных пластов.

   В некоторых случаях лучшим решением является не новая технология, а новое применение уже известных технологий. Хорошим тому примером является технология бурения при пониженном гидростатическом давлении в стволе скважины. Ранее такой метод использовался для решения проблем, возникающих в процессе бурения. Вместе с тем, его можно также эффективно использовать для открытия дополнительных запасов, увеличения дебита, и повышения общей рентабельности месторождений.

   Среди новых и перспективных технологий бурения для России следует считать колтюбинговое бурение. Преимущества отдельных технологий – колтюбингового бурения и бурения при отрицательном дифференциальном давлении – при совместном применении обеспечивают высокую эффективность процесса бурения. Симбиоз этих двух технологий позволяет вовлечь в разработку ранее “недоступную” нефть – извлечение которой затруднительно или нерентабельно при применении других технологий.

   Наиболее важным преимуществом бурения при пониженном гидростатическом давлении в стволе скважины является положителньое влияние этой технологии на работу пластов и ценность месторождения в целом. Использование этого метода проходки может выражаться в значительном уменьшении пластовых повреждений, а также повышении производительности скважины и суммарной добычи. По мере улучшения и развития средств бурения на депрессии изменяются также и задачи использования этой технологии. Например, стало возможным в реальном времени изучать пласт в области прохождения бурового долота. Используя бурение с отрицательным дифференциалом давления в системе “скважина - пласт”, нефтегазовым предприятиям удается определять и решать задачи, связанные с сейсмическими разломами, продуктивными пластовыми зонами и режимами потоков. В результате исследователи получают более подробную информацию о пластах, что повышает эффективность их эксплуатации. Выгоды от использования этого метода, такие как продуктивные скважины, улучшение коэффициента охвата коллекторов и дополнительный уровень пластовых сведений будут в ближайшее время влиять на планы разработки месторождений. В результате возникнет возможность снижения числа скважин и уменьшения затрат на единицу разработки.

   Бурение на депрессии с использованием гибких трубах осуществляется в несколько этапов. На первом этапе бурится скважина до продуктивного пласта с использованием обычной буровой установки или подготавливается ствол старой скважины. На втором этапе осуществляется вскрытие и проводка ствола скважины в пределах продуктивного пласта на депрессии с использованиемколтюбингового комплекса.

Рисунок Этапы бурения с использованием гибких труб.

   При помощи колтюбингового комплекса были пробурены горизонтальные окончания на трех скважинах: №1619г (Асяновское месторождение), №5224 и №5222/5223 (Югомашевское месторождение).

   Первая скважина, пробуренная с использованием колтюбинга - №1619г (Асяновское месторождение). На этой скважине проводились пробные работы по бурению. 

   Уже на следующем объекте (скважине №5224 Югомашевского месторождения) было успешно пробурено горизонтальное окончание ствола протяженностью более 100 метров.